哈曼：如何以1 Gbps传输4K网络视频

　　随着视频分辨率的日渐提高，市场对高清视频的传输与交换方案也提出了更多要求。对这类高清视频的传输与交换而言，带宽是亟待突破的首个瓶颈。

　　传输诸如4K或超高清(UHD)之类的高清视频需要非常大的网络带宽。4K网络视频(2160p60)在全彩与无压缩情况下传输需要占用12 Gbps带宽，而全彩的1080p视频即使在每秒60帧的情况下传输也只需要3 Gbps带宽。由此可见，4K这一未来的专业视频分辨率在分配传输方面还面临着诸多障碍。

　　这些障碍之所以存在，其最大的原因是现行网络标准几乎无法匹配相应的带宽需求，尤其当高清视频的分配多于一个房间时。传输无压缩 4K网络视频对线缆要求极其严格，甚至可能需要用到光纤，这也就导致传输系统的安装成本大大提高。更令人头疼的是，现行的分配传输技术(千兆以太网、万兆以太网、3G-SDI或HDBaseT)均无法达到2160p60分辨率下的全彩取样要求。1 Gbps的千兆以太网(GbE)与2.97 Gbps的3G-SDI甚至无法支持全彩无压缩的1080p60视频的传输。

　　* 下表中罗列了无压缩普通高清与超高清视频在不同分辨率、像素、帧率、色彩取样率情况下传输所需要的带宽，其中多数高清视频所要求的带宽均超过1 Gbps。

　　如需利用现有的分配和交换技术来传输高清视频，应考虑对视频做一定程度的压缩处理。 例如，采用JPEG2000 压缩标准并进行合理设置，压缩后视频占用的带宽将大大降低，不仅可在现有的标准线缆中传输，还可通过用户现有的IP网络进行切换。

　　提及专业应用领域的视频压缩，人们通常担心的是想象中的延时(即原始信号与播放终端之间的时间差)以及劣质的画面。而这些联想多是由各大网络流媒体网站所造成的。为了将视频传输给各类网络中成千上万的用户，流媒体网站多会采用MPEG2、MPEG4或 H.264格式视频，网络带宽要求低，因此，也就要求其中的视频经过高度压缩。不过，在一个更受控制的专业环境下，通过对压缩技术的精心挑选与应用，压缩后的视频亦可兼具高清晰度与低延时性 。

　　要了解压缩技术对延时与画质的影响，首先应了解网络音视频的分配传输原理。当进行IP视频传输时，首先必须对视频进行“编码”，将视频信号转为网络可识别的数字信号。当信号传输至播放终端，再将信号“解码”，即将网络数字信号转回视频信号，最后通过电视或投影仪显示。整个视频传输过程涵盖四个步骤，每个步骤都会对视频终端延时造成影响 。

　　用飞机航班来比喻视频传输过程再贴切不过。第一步 的编码 好比登机，即将目标视频传上网络。第二步 的传输将信号从源设备传输至终端设备 ，这就是飞机的整个航程。第三步 的解码 就是下机，网络信号将重新转化为视频信号。最后一步 的播放 就好似乘客提取行李离开机场。

　　这其中涉及到的播放速度是整个视频传输分配过程中常常被忽略的环节。哪怕整个视频传输过程极其给力，但只要显示器无法进行快速的像素还原，都有可能造成视频播放的延时。多数显示器都设有“游戏”模式(不同厂商的叫法不一)，可以更快速地还原视频画面，并将延时最小化。

　　与真实的飞机航行不同，视频的“航程”(传输速度)是整个传输过程中用时最短的环节，多数网络音视频技术下的传输延时比一帧画面还要短。而编码过程中的压缩(以及解码过程中的解压缩)则是影响视频质量与延时性的最关键因素。

　　JPEG2000(应用于AMX SVSI N2000系列 )与基于行的小波压缩(LBWC，应用于AMX SVSI N1000系列 )可实现帧压缩或帧内压缩，不存在传统多帧压缩所带来的附加延时。此外，JPEG2000支持区块化(Tiling)技术，可将图像分成若干区块进行传输。利用JPEG2000 压缩与区块化技术，压缩后视频的延时可由全帧的 32-50 毫秒降低至 10-15 毫秒。

　　低延时高保真编解码技术能以小于1 Gbps的网络带宽传输高品质视频。当视频达到现有带宽要求，那么利用现有的企业IP网络即可实现视频的传输与交换，也就是说，用户利用现有的网络基础设施即可传输专业级高品质视频，这将大大降低整个系统的成本、简化系统安装程序、给予系统更好的扩展性。

　　SVSI 的4K网络视频采用了JPEG2000 编解码技术，无需1Gbps带宽亦能轻松传输。将该编解码技术与区块化技术相结合，不仅给予了视频高品质画质，亦将延时减少至一帧以内。事实上，JPEG2000 所带来的高品质视频效果已令这一编解码技术在各大电影工作室、电视网络甚至美国国会图书馆得以广泛应用。

　　将低带宽传输技术与高品质编解码技术融合，专业级高品质视频也能以低成本的方式实现在校园内的分配传输。

　　有关现行4K网络视频分配传输技术的局限性问题，在我们近期发布的《关于以1Gbps传输4K网络视频的挑战与应对方案之探索》(“4K over 1 Gbps Video Distribution: Exploring the Challenges and Solutions”)白皮书中有详细阐述，其中也描述了不同的设置对视频带宽与画质的影响，以及各类案例。